과학기술연구원 최상삼박사팀(응용과학연구실)은 최근 중계시설 없이 장거리 통신을 할 수 있는 광섬유증폭기를 개발했다.
광통신은 머리카락 3분의 1굵기의 광섬유를 이용해 정보를 빛의 형태로 바꿔 빠르고 정확하게 보내는 방법이다. 이 경우 통신 거리가 근거리통신망(LAN)을 제외하고는 보통 수백km 이상이므로 빛의 손실이 항상 문제로 남아 있었다. 빛은 광섬유가 1km를 지나는 동안 보통 세기가 1%약해지며 15km를 가면 절반이 없어진다.
이에 따라 통신거리가 먼 경우 중간지점마다 중계소를 설치, 빛을 전기신호로 바꾸어 증폭시킨 다음 다시 빛으로 변환시켜 송신 시켜야만 했다.
이번에 최박사팀이 개발한 광섬유증폭기는 이러한 불편함을 덜어줄 수 있는 것이다. 즉 약해진 빛을 전기적 신호로 바꾸지 않고 빛의 상태에서 증폭시킬 수 있다는 것.
이번에 개발된 광섬유증폭기는 광섬유에 천이원소인 네오디뮴(Nd, 원소기호 60)을 첨가시켜 일정한 파장의 빛을 집중적으로 흡수하게 만든 것이다. 정보를 실은 빛이 일정거리를 경과하면 빛의 세기가 약해진다. 이때 광섬유 전송선로에 레이저광(LD, Laser Diode)이나 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)로부터 나온 빛을 더해준다. 네오디뮴원자는 이 빛을 받아 광통신에 적합한 1.3μ(1μ은 ${10}^{-6}$m)대 파장의 빛만 정보를 실은 빛에 더해준다. 1.3μ은 현재 광통신시스팀에 가장 많이 활용되고 있는 빛의 파장대.
이러한 과정을 거치면 빛의 세기는 증폭기가 없을 때보다 3배 정도 증폭된다. 따라서 기존의 방식으로는 15~20km마다 중계소를 설치해야 했지만 광섬유증폭기를 이용할 경우 50km까지 곧 바로 전송이 가능하고 수백km 전송거리에도 중간지점마다 증폭기만 이어두면 된다는 것이다.
빛의 손실을 줄이는 연구
광통신기술은 단파장에서 1.3μ대의 장파장으로 발전해 왔고 최근에는 1.2~1.7μ대의 광섬유가 저손실영역으로 확대되는 추세이다. 이와 함께 초장거리전송 등 특수용도로 적외선(5~10μ)까지 광통신영역을 늘이려는 연구도 진행중이다. 이러한 경향은 대부분 빛의 손실을 줄이고 장거리통신에 효율성을 높이기 위한 것.
광섬유증폭기술도 이러한 측면에서 미국과 일본 등 선진국에서 활발히 연구가 진행중이지만 아직 실용화된 사례는 없다. 최박사팀이 개발한 증폭기도 아직 연구실 수준이며 흔히 쓰이는 1.3μ파장대보다 1.0~1.1μ대 파장의 빛이 더 많이 나와 효율성을 높이는 문제가 새로운 연구과제로 되고 있다.
최상삼박사는 지난 77년 국내 처음으로 광섬유개발에 나서 79년 0.85μ의 단파장 다중모드광섬유를 제조하는 데 성공함으로써 국내 광섬유연구의 개척자로 알려져 있다. 그후 삼성 금성 대우 대한전선 등 통신 4사가 광통신산업에 뛰어들고 85년 포철과 대한생명 63빌딩이 광 LAN시스팀을 설치하는 등 한때 각광을 받았으나 국내수요의 한계에 부딪혀 최근 정체상태에 빠져 있었다.
그러나 국산전자교환기개발로 전화망·컴퓨터망이 점차 광섬유로 대체되고 있고 제주 성산포와 전남 고흥을 잇는 해저광케이블 공사가 지난 4월부터 시작되자 광섬유분야는 새롭게 관심이 높아지고 있다.
연구팀은 네오디뮴 외에 비슷한 천이원소인 에르븀으로 다른 증폭기를 개발중이며 연구성과를 바탕으로 고성능레이저개발에도 착수했다.
